基于組態(tài)軟件的PLC 實(shí)訓(xùn)虛擬負(fù)載開發(fā)

鄭 淵

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東 青島 266000）

1 引言

信息技術(shù)時(shí)代，PLC 在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，PLC 課程的實(shí)踐教學(xué)至關(guān)重要。目前的PLC 實(shí)訓(xùn)裝置考慮到設(shè)備成本以及安全等問題一般不會(huì)配有真正的生產(chǎn)設(shè)備，一般使用按鈕開關(guān)來模擬實(shí)際的限位開關(guān)或者用指示燈來模擬實(shí)際設(shè)備的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，從而導(dǎo)致PLC 等課程在實(shí)施項(xiàng)目化教學(xué)的過程中部分項(xiàng)目很難做到直觀形象的教學(xué)，影響了實(shí)踐教學(xué)效果。

本文以滑塊的運(yùn)動(dòng)控制為例研究如何通過組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)虛擬負(fù)載，通過組態(tài)監(jiān)控畫面來仿真實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和控制過程，既能最大幅度利用有限資源、降低實(shí)訓(xùn)開發(fā)成本，又能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際操作能力，從而提升PLC 的實(shí)踐教學(xué)效果[1]。

2 組態(tài)軟件簡介

組態(tài)軟件是上位機(jī)軟件的一種，能夠?qū)崿F(xiàn)對自動(dòng)化過程和裝備的監(jiān)視和控制[2]。它主要具備兩個(gè)方面的功能，一是能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)，對設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行報(bào)警或記錄，統(tǒng)計(jì)顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)，節(jié)省了現(xiàn)場巡視的時(shí)間；二是能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備和生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制以及工藝參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)整。

目前市場上的組態(tài)軟件有很多種類，比較知名的有WINCC、組態(tài)王、MCGS 等，本文使用的組態(tài)軟件為組態(tài)王，該軟件是一款國產(chǎn)組態(tài)軟件，在國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。

3 虛擬負(fù)載的組成和設(shè)計(jì)思路

3.1 虛擬負(fù)載的組成和動(dòng)作過程

動(dòng)作過程為：滑塊初始位置在左限位處，按下啟動(dòng)按鈕后，主電機(jī)的電，制動(dòng)器電機(jī)同時(shí)得電松閘，滑塊右行，右行至右限位處暫停2 秒然后自動(dòng)左行，左行至左限位處暫停2s 后再自動(dòng)右行，如此周而復(fù)始。按下停止按鈕后，完成一個(gè)周期的剩余動(dòng)作后在左限位處停止。左右限位和制動(dòng)器釋放限位動(dòng)作時(shí)應(yīng)有相應(yīng)的顏色指示。制動(dòng)器釋放限位故障設(shè)置開關(guān)可以設(shè)置制動(dòng)器釋放限位故障，必須通過故障復(fù)位按鈕才能復(fù)位。

3.2 設(shè)計(jì)思路

PLC 采 用 西 門 子S7-200 SMART CR40 CPU 模塊，該模塊采用以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)通信，編程軟件采用STEP 7-MicroWIN SMART，組態(tài)軟件采用組態(tài)王kingview6.55。

通過組態(tài)王軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面，在畫面上繪制主電機(jī)、制動(dòng)器、制動(dòng)器釋放檢測限位、絲杠滑塊、左右限位等圖形元素并將其與PLC 的軟元件建立連接，一方面當(dāng)PLC 的軟元件發(fā)生變化時(shí)使這些圖形元素的位置、顏色等發(fā)生相應(yīng)的變化，另一方面當(dāng)操作畫面上的圖形元素或圖形元素的位置變化時(shí)使PLC 的軟元件的值也有相應(yīng)的變化，從而通過組態(tài)監(jiān)控畫面實(shí)現(xiàn)對滑塊動(dòng)作過程的模擬以及控制。

4 組態(tài)設(shè)計(jì)

4.1 PLC I/O 分配和程序設(shè)計(jì)思路

虛擬負(fù)載為滑塊運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用了3 個(gè)PLC 輸入點(diǎn)（啟動(dòng)、停止、復(fù)位按鈕）、2 個(gè)PLC 輸出點(diǎn)（左行、右行接觸器）以及3 個(gè)與觸摸屏通訊的內(nèi)部變量（左限位、右限位和制動(dòng)器釋放限位）。PLC 輸入地址范圍為I0.0 ～I(xiàn)0.2，輸出地址范圍為Q0.0 ～Q0.1，與觸摸屏通訊的PLC 內(nèi)部變量為V0.0、V0.1 和V0.2。

PLC 程序設(shè)計(jì)的主要思路為通過四個(gè)起保停程序段實(shí)現(xiàn)滑塊的左右行以及延時(shí)，通過制動(dòng)器電機(jī)輸出點(diǎn)Q0.2與制動(dòng)器釋放檢測限位V0.2 之間的異或邏輯來判斷制動(dòng)器是否發(fā)生故障，同時(shí)為了避免故障誤判，在兩者的異或邏輯后面增加了0.5 秒的延時(shí)環(huán)節(jié)。

4.2 變量定義

為了讓組態(tài)畫面中的圖形元素能夠模擬實(shí)際設(shè)備的動(dòng)作過程，還需要在組態(tài)王軟件中進(jìn)行相應(yīng)的變量定義，組態(tài)王通過“數(shù)據(jù)庫—數(shù)據(jù)詞典”進(jìn)行變量定義，包括內(nèi)部變量和外部變量兩種，其中外部變量需要與PLC 變量相關(guān)聯(lián)。

本項(xiàng)目中定義了6 個(gè)外部變量和2 個(gè)內(nèi)部變量，其中6 個(gè)外部變量分別與PLC 的Q0.0 ～Q0.2 和V0.0 ～V0.2相關(guān)聯(lián)，變量的類型為布爾型變量；2 個(gè)內(nèi)部變量分別為滑塊位置和制動(dòng)器故障設(shè)置開關(guān)，變量類型為內(nèi)部整型和內(nèi)部離散。

室溫下，將有涂層和無涂層的Q235鋼片樣品分別浸泡模擬海水中，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有涂層樣品浸泡34天后，涂層表面沒有出現(xiàn)任何裂紋，所泡鹽水也沒有出現(xiàn)黃色的腐蝕產(chǎn)物；無涂層樣品浸泡6 h后溶液中出現(xiàn)大量的褐色腐蝕物.有涂層的原始樣品在模擬海水中室溫浸泡不同時(shí)間的照片如圖7所示.圖7顯示，有涂層的樣品在模擬海水中室溫浸泡不同時(shí)間后，其顏色仍全是銀白色的，沒有受海水腐蝕的影響.

4.3 動(dòng)畫組態(tài)

4.3.1 滑塊水平移動(dòng)的組態(tài)

雙擊制動(dòng)器的制動(dòng)閘瓦，在“動(dòng)畫連接”窗口中設(shè)置“水平移動(dòng)”屬性，將其與內(nèi)部變量“滑塊位置”相關(guān)聯(lián)，使其在“0 ～300”之間移動(dòng)。

4.3.2 左右限位的動(dòng)作組態(tài)

雙擊左限位的直線擺桿，在“動(dòng)畫連接”窗口中設(shè)置“旋轉(zhuǎn)”屬性，將其與內(nèi)部變量“左限位”相關(guān)聯(lián)，使V0.0由通到斷時(shí)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)40 度，模擬限位復(fù)位的動(dòng)作，由斷到通時(shí)則順時(shí)針旋轉(zhuǎn)40 度，模擬限位動(dòng)作。右限位的設(shè)置與之相同，不再贅述。

4.3.3 制動(dòng)器限位的動(dòng)作組態(tài)

雙擊制動(dòng)器釋放限位的直線擺桿，在“動(dòng)畫連接”窗口中設(shè)置“旋轉(zhuǎn)”屬性，將其與內(nèi)部變量“制動(dòng)器限位”相關(guān)聯(lián)，使V0.2 由斷到通時(shí)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60 度，模擬限位動(dòng)作的情況，由通到斷時(shí)則逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60 度，模擬限位復(fù)位動(dòng)作。另外通過“制動(dòng)器限位故障設(shè)置開關(guān)”來人工模擬制動(dòng)器釋放限位與制動(dòng)器命令信號(hào)不一致時(shí)導(dǎo)致的故障信號(hào)。

在畫面的命令語言中編輯相應(yīng)的命令語言，以實(shí)現(xiàn)“制動(dòng)器限位故障設(shè)置開關(guān)”的故障模擬功能和滑塊左右移動(dòng)到位時(shí)模擬觸發(fā)左右限位的相關(guān)動(dòng)作功能，如下所示。

if(\本站點(diǎn)開關(guān)==0) \本站點(diǎn)制動(dòng)器限位=\本站點(diǎn)制動(dòng)器電機(jī);

else{if(\本站點(diǎn)制動(dòng)器電機(jī)==1)\本站點(diǎn)制動(dòng)器限位=0;

if(\本站點(diǎn)制動(dòng)器電機(jī)==0) \本站點(diǎn)制動(dòng)器限位=1;}

if(\本站點(diǎn)滑塊右行==1) \本站點(diǎn)位置=\本站點(diǎn)位置+30;

if(\本站點(diǎn)滑塊左行==1) \本站點(diǎn)位置=\本站點(diǎn)位置-30;

if(\本站點(diǎn)位置==0) \本站點(diǎn)左限位=1;

Else \本站點(diǎn)左限位=0; if(\本站點(diǎn)位置==300) \本站點(diǎn)右限位=1;

Else \本站點(diǎn)右限位=0;

5 結(jié)語

本系統(tǒng)利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了滑塊運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以通過組態(tài)畫面可以監(jiān)控滑塊動(dòng)作的過程，使學(xué)生明白限位開關(guān)和制動(dòng)器的實(shí)際動(dòng)作原理，教學(xué)過程變得更加形象生動(dòng)，彌補(bǔ)了PLC 實(shí)訓(xùn)裝置的不足之處。